NHC环保型清洁压裂液性能评价及现场应用.pdf

为解决常规压裂返液不易回收利用的问题，制备了一种NHC压裂液。NHC压裂液稠化剂为一种低分子多糖表面活性剂，具有多糖自交联及表面活性剂卷曲、缠绕的双重作用。当稠化剂BHC-2用量为0.4%0.8%时，NHC压裂液耐温抗剪切能力在7 0 9 0，在其返排液中加入0.3%0.7%BHC-2后，可再次形成压裂液。现场试验表明：在清水中加入0.4%BHC-2所形成的压裂液在施工过程中压力较平稳，在返排液中加入0.3%BHC-2时即可形成交联液，实现携砂压裂。NHC压裂液配液及回收工艺较简捷，在长庆华池油田某井压裂施工7 段，回收返排液1435 m，返排液回收利率为9 5.6 7%，较好的利用了返排中的有效成分，减少了水资源的浪费，具有良好的环保效应。后期数据分析表明：使用NHC压裂液改造后储层产油量比胍胶压裂液提高7.5 5%以上，表明该压裂液对储层伤害较小，有利于维持储层的原始动态平衡。关键词清洁压裂液；可回收；自交联；环保DOl:10.3969/j.issn.1005-3158.2023.04.008Performance Evaluation and Field Application of NHC Environment-friendly Clean Fracturing FluidChen Yalian-2ABSTRACT In order to solve the problem that conventional fracturing fluid is not easy to be recycled,an NHC fracturing fluid was prepared.NHC fracturing fluid thickener was a kind of low molecularpolysaccharide surface active agent,which had the dual function of the polysaccharide self-crosslinking andsurfactant curling and winding.When the dosage of thickener agent BHC-2 was 0.4%-0.8%,thetemperature and shear resistance of NHC fracturing fluid was 70-90C.And the fracturing fluid could beobtained again by adding 0.3%to 0.7%BHC-2 in flowback fluid.Field tests showed that the pressure offracturing fluid formed by adding 0.4%BHC-2 in clean water was stable during the construction.Thecrosslinked liquid formed again by adding 0.3%BHC-2 in flowback fluid could realize sand carryingfracturing.NHC fracturing fluid mix and recovery process was simple.In the fracturing section 7 of a well inChangqing Huachi oilfield,1 435 m of the flowback fluid was recovered,and the recovery rate of theflowback fluid was 95.67%.The effective components in the flowback were well utilized,and the waste ofwater resources was reduced,which had good environmental protection effect.The later data analysis showedthat the oil production of the reservoir increased by more than 7.55%after using NHC fracturing fluidcompared with that of guanidine gum fracturing fluid,which indicated that the fracturing fluid had lessdamage to the reservoir and it was beneficial to maintain the original dynamic balance of the reservoir.KEYWORDS clean fracturing fluid;recyclable;self-crosslinking;environmental protection文章编号：10 0 5-315 8（2 0 2 3)0 4-0 0 35-0 5Liu Yongfengl.2Zuo TingLiu GuoliangCao XinLiao Lejun(1.Xianyang Chuanqing Xinyuan Engineering Technology Co.,Ltd.;2.CCDC Chuanqing Dowmhole Technology Company)基金项目：国家科技重大专项课题大型油气田及煤层气开发（2 0 16 ZX05023003）。通讯作者：陈亚联，2 0 10 年毕业于西安石油大学化学工程与工艺专业，现在咸阳川庆鑫源工程技术有限公司从事压裂液及其添加剂的研发、制备、推广等工作。通信地址：陕西省西咸新区秦汉新城兰池三路16 5 9 2 号，7 10 0 42。E-mail：c h e n y l 2 0 8 12 6.c o m。360引言目前压裂液体系仍以植物胶压裂液为主，植物胶压裂液破胶后均会产生大量的残渣，这些残渣在压裂前期形成滤饼会对地层渗透率产生影响，在后期返排时沉积于支撑剂中，使裂缝的导流能力降低，严重影响压裂改造效果1-2 。目前国内多家科研机构正致力于压裂返排液现场处理及回收利用技术研究。庄照锋等3-5 开发了CJ2-3型可回收低分子量胍尔胶压裂液，并进行了现场试验，但回收液配制压裂液时耐温能力差，质量控制点多，易腐败。SatyaGuptaD.V.提出了聚合物与表面活性剂在模拟产出的盐水中形成的配合物模型，为环保型清洁压裂液开发提供了新方向。清洁压裂液在近年也有了一定的发展，其中效果较好的为VES压裂液，耐温能力约在7 0 8 0，但压裂液成本较高，经济性有待于进一步提高6-7 。本文制备了一种以BHC-2为稠化剂的多糖表面活性剂压裂液，返排液回收利用效果较好。BHC-2稠化剂分子量较小，因此破胶后残渣较小，对地层渗透率及支撑剂裂缝导流能力影响较小。BHC-2水溶性好、溶胀快，无需交联剂、破胶剂和其他化学添加剂，配制工艺简单。1实验1.1实验仪器及试剂PVS-100 流变仪（BROOKFIELD ENGINEERINGLABORTORRIES,INC);六速旋转黏度计(CHAN-DLERENGINEERING）；乌氏黏度计（上海庆拓仪器设备有限公司）；K100MC2型表界面张力仪（德国Kruss公司)。BHC-2稠化剂：咸阳川庆鑫源工程技术有限公司生产，生物多糖表面活性剂；实验用水：华池油田配液用水，水型CaCl2，p H 值为6.5 7.5，TDS为4360mg/L。1.2实验依据及方法实验方法参考SY/T51072016水基压裂液性能评价方法。2丝结果与讨论2.1 NHC清洁压裂液交联机理探讨BHC-2稠化剂具有多糖及表面活性剂双重特征，因此其交联作用由多糖分子的自交联及表面活性剂胶束蠕变组成8 。多糖水溶液黏度并非随其浓度增加呈线性关系增加，其在水中要经过溶解、溶胀两油气田环境保护技术研究与应用个过程，当多糖浓度进一步增加时，在无外加交联剂时可产生自交联作用，黏度剧增9 。其主要过程及微观分析如图1、图2 所示。C9溶解图1NHC压裂液多糖分子自交联示意(a)溶胀(b)自交联图2 微观结构从图2 扫描电镜分析可知，溶胀时BHC-2稠化剂结合成丝片状，随着稠化剂浓度增加时可形成致密网状结构，表明稠化剂分子发生了自交联的作用。随着浓度增加时，表面活性剂单分子会聚集形成胶团，而后形成棒状或虫状胶束。当浓度进一步增加并大于其CMC值时，胶束便会发生缠绕、交织作用，形成网状结构，从而产生了黏弹性作用10 。其机理如图3所示。9单分子胶团图3NHC清洁压裂液表面活性剂分子交联示意从图1、图3可知，该清洁压裂液产生多糖自交联作用，同时随着稠化剂浓度的增加产生了胶束的缠绕与交织作用，使所形成的压裂液具有较佳的弹性，提高了压裂液的抗剪切能力12.2 NHC清洁压裂液性能1)清水配制压裂液耐温性能评价向实验用水中加入0.4%0.8%BHC-2，搅拌，配制成压裂液，其耐温抗剪切性能评价结果见图4。从图4可知，当稠化剂浓度从0.4%增加至0.8%时,NHC清洁压裂液耐温抗剪切能力从7 0 增加至Vol.33No.46溶胀自交联胶束胶束立体结构2023年8 月90807060(S edu)/鞋83020100图4不同浓度BHC-2配制的压裂液流变性能90，耐温能力呈上升趋势。压裂液在剪切时黏度呈先增加后降低趋势，且黏度均保持在7 0 mPas以上，耐温抗剪切性较好。2)回收液耐温性能取2 5 0 mL回收液，经简单过滤除去机械杂质、油分等，加人0.7%BHC-2，重新配制压裂液。向工业用水中加人0.8%BHC-2，配制压裂液。将2 种配制好的压裂液置于流变仪中，考察压裂液抗剪切性能，实验结果见图5，压裂液微观结构见图6。从图5 可知，NHC压裂液返排液经简单处理后加人0.7%BHC-2后交联性能较好，抗剪切能力与0.8%BHC-2新鲜压裂液接近，黏度均保持在7 0 mPas以上，表明该压裂液具有良好的可回收性，在其回收液中加人一定量的稠化剂后即可形成有效的交联，且具有较好的抗剪切性12-13。从图6 可知，新鲜压裂液与回收压裂液微观网络均存在显著的三维网络结构，表1石破胶液黏度5%原油破胶后黏度压裂液配方破胶时间/h0.51.00.4%BHC-2(70)10.83250.6%BHC-2(80)未破胶0.8%BHC-2(90)未破胶从表1可知，当原油或凝析油用量为5%时，0.4%0.8%BH C-2 压裂液在相应的储层温度下1.5h后均会破胶，且破胶液黏度小于2.36 7 4mPas，说明该压裂液在与地层油流接触时可实现破胶。4)残渣含量取破胶液，在40 0 0 r/min转速下离心0.5 h，并陈亚联等：NHC环保型清洁压裂液性能评价及现场应用7100908070605040300.6%压裂液黏温曲线一8 0 升温曲线0.8%压裂液黏温曲线90升温曲线70升温曲线0.4%压裂液黏温曲线1020时间/min3790r710080907080(S dul)/7060+回收液黏度5040302020101000304060一新鲜液黏度50一时间403020100102050601.65826.52889.891 530时间/min图50.8%BHC-2清水配液与0.7%BHC-2回收液配液流变性能对比100 um(a)新鲜压裂液图6压裂液微观结构表明该压裂液回收利用时有效的保持了压裂液黏弹模型，具有良好的可回收性。3)破胶性能长庆油田压裂返排时均伴有一定量的凝析油或者原油,因此采用现场的原油及凝析油样品对NHC压裂液进行破胶实验，考察压裂液的破胶性，实验结果见表1141mPas5%凝析油破胶后黏度破胶时间/h1.50.51.21368.15781.5288未破胶2.3674未破胶对沉淀物进行多次清洗、离心后，烘干至恒重，冷却至室温后称重，测定压裂液残渣含量，实验结果见表2。从实验数据可知，采用原油、凝析油破胶后不同浓度压裂液的残渣含量均小于13.8 mg/L，残渣含量较小。5)压裂液助排性取一定量的破胶液，测定表、界面张力，结果见表3。401.01.56275.93266.561950(b)回收压裂液1.51.19341.39642.10866070100um38从表3可知，0.4%0.8%BHC-2压裂液经原油、凝析油破胶后表面张力小于2 6.5 2 13mN/m，界面张力小于1.42 2 9 mN/m，满足SY/T76272021水基压裂液技术要求15 O表2破胶液残渣含量测定残渣含量/(mgL-1)破胶方式5%原油破胶后5%凝析油破胶后0.4%BHC-2(70)10.70.6%BHC-2(80)11.60.8%BHC-2(90C)13.8表3NHC压裂液破胶液表、界面张力凝析油破胶压裂液配方表面张力 界面张力 表面张力界面张力0.4%BHC-226.52131.422926.43191.40180.6%BHC-226.131 40.8%BHC-225.96456）岩心伤害实验评价结果取一定量破胶液，在岩心驱替装置上进行岩心伤害实验，结果如表4所示。表4岩心伤害实验数据伤害前渗伤害后渗伤害平均伤害压裂液配方透率/mD透率/mD率/%率/%2.952.840.4%BHC-23.13破胶液3.323.520.6%BHC-23.40破胶液4.326.310.8%BHC-26.82破胶液6.948.520.25%胍胶压7.53裂液破胶液7.23从表4可得：NHC清洁压裂液岩心伤害率小于5.80%，而胍胶压裂液岩心伤害率为2 8.6 0%，表明NHC清洁压裂液储层伤害较之胍胶压裂液小L16。油气田环境保护技术研究与应用3现场应用长庆油田华池油田地层原始压力约为2 0 MPa，埋深约2 5 0 0 m，地层预测温度8 0，地层水型为CaCl2。油藏圈闭类型主要受重力流控制，浊积砂体厚度大，砂岩的侧向尖灭及岩性致密遮挡形成有效圈闭。油藏分布主要受岩性、物性控制，原始驱动类型为弹性溶解气驱。砂岩粒径较粗，粒径中值为0.18 0.21mm，主要为中砂和细砂，泥质含量较少。孔隙9.8类型以原生粒间孔、岩屑溶孔为主，局部发育微裂隙、10.6粒间溶孔；孔隙度为9.1%11.0%，渗透率为0.6 11.91.0 mD。3.1.现场施工mN/m3.1.1现场施工概况原油破胶2020年4月采用NHC压裂液在长庆华池油田某井进行了现场试验，施工曲线如图7、图8 所示。48r一套压1.257926.18191.092325.97211.07023.73.013.83.203.63.364.53.244.74.134.45.945.86.425.96.545.86.1128.35.3529.05.1328.5Vol.33No.476001.2464一油压36砂浓一24120102030405060708090100施工时间/min图7长庆华池油田某井第1段压裂施工曲线487800一套压一油压3.7036F24124.530图：长庆华池油田某井第2 段压裂施工曲线5.83图7、图8 为长庆华池油田某井第1、2 段压裂施工曲线。第1段配液342 m，加砂30 m，第2 段配液2 9 5 m，加砂2 5 m。第1段采用清水配制0.4%BHC-2压裂液，28.60压裂施工结束后放喷收集返排液16 0 m。向回收返排液中通过液添撬吸人0.3%BHC-2，并在混砂车中搅拌后交联、携砂，随后经由压裂车泵送至储层，实现了返排液快速高效的回收利用。从图8 可知，回收液配制而得的压裂液在用于第2 段压裂施工时，施工压力较平稳，未出现压力的明显波动及脱砂现象。采用4002001上砂浓一201140施工时间/min4002001JO60802023年8 月回收液配制压裂液时BHC-2浓度从0.40%可降低至0.30%，说明该返排液中含有一定量稠化剂，可实现对回收液中有效成分的二次回收利用。3.1.2现场配液及回收工艺NHC压裂液在华池油田某井进行了现场回收试验，其配液及回收工艺如图9 所示。稠化剂罐清水罐混砂车压裂车压裂图9 配液及回收流程从图9 可以看出，液态BHC-2稠化剂经混砂车交联剂泵直接吸人至混砂车，与清水（配液水）在混砂车中实现快速混合配液，形成具有一定黏度的压裂液，类型层数试验井17对比井17试验井28对比28从表5 可知，在地质条件接近、施工参数相同、加砂量接近的条件下，采胍胶压裂液改造后产油量分别为12.3，15.9 t/d，而采用NHC清洁压裂液改造后产油量分别为13.5，17.1t/d，产油率提高了9.7 6%，7.55%，表明NHC压裂液改造效果要优于胍胶压裂液。NHC压裂液稠化剂分子量较低，因此其破胶液残渣含量较低，储层伤害较少，故而改造效果较好。此外，NHC压裂液具有良好的可回收性，返排液中含有一定量的地层流体，回收利用后进入地层有利于维持地层的原始动态平衡，减少了近井地带储层岩石的水化膨胀、运移等反应，有利于储层流体产生高效渗流作用，因此产油量较之胍胶压裂液有所提高17 。4结论1)NHC压裂液稠化剂具有低分子多糖及表面活性剂的特性，可产生多糖分子的自交联和表面活性剂胶束缠绕双重作用，因此具有良好的黏弹性。2)在BHC-2用量为0.4%0.8%时，抗剪切能力约为7 0 9 0，回收液中加人0.3%0.7%BHC-2陈亚联等：NHC环保型清洁压裂液性能评价及现场应用回收液罐关井、放喷、除杂表5 压裂改造效果对比液体类型砂量/m3NHC205胍胶210NHC345胍胶35539实现了压裂液“既配既用”。配制好的压裂液经压裂车增压泵人油层，在关井后实现压裂液破胶，破胶后的压裂返排液经沉砂、除去机械杂质后静置回收液罐中待用。回收液罐中返排液经混砂车进液管线吸入至混砂车，交联剂泵同时吸入稠化剂，即可再次制得具有携砂性的压裂液，实现返排液的回收利用。华池油田某井改造层段共7 段，共配制压裂液2270m，放喷返排液15 0 0 m，其中1435 m用于再次配制压裂液，重复利用占返排液总量的9 5.6 7%。20202022年NHC压裂液在长庆现场共应用5 5 口井46 0 层，累计回收压裂液110 0 0 0 m，重复配液105000m，返排液平均回收利用率达9 4.45%，环保效应突出。3.2 改造效果选择同一区块地质条件接近、排量相同、改造层位和段数相同、加砂量接近的不同类型压裂液改造井，分析改造效果，结果如表5 所示。排量/(mmin-1)产油量/(td-1)1.2+2.813.51.2+2.812.32.0+4.017.12.0+4.015.9稠化剂所得压裂液时与清水配制的压裂液性能相当，可满足长庆区块常规油井的压裂液施工。3)NHC清洁压裂液配液较为简捷，且回收工艺简单，实现压裂液的回收再利用，减少了水资源的浪费，具有良好的环保效应。4)NHC压裂液对储层的伤害比胍胶压裂液小，且有利于维持地层的原始平衡，产油率可提高7.5 5%以上。1凌晨，孟雨.压裂返排液处理及循环利用技术研究与应用.油气田环境保护，2 0 2 1,31（4）：2 6-31.2夏熙，杨二龙.页岩气压裂液研究进展与展望.化学工程师,2 0 19,33（7)：5 9-6 3.3庄照锋，张士诚，张劲，等.硼交联羟丙基瓜尔胶压裂液回收再用可行性研究.油田化学，2 0 0 6,2 3（2）：12 0-12 3.4管保山，汪义发，何治武，等.CJ2-3型可回收低分子量瓜尔胶压裂液的开发J.油田化学,2 0 0 6，2 3（1）：2 7-31.(下转第45 页）产水量/(td-1)0000参考文献2023年8 月27J CUI J,ZHENG L,DENG Y.Emergency water treatmentwith ferrate(VI)in response to natural disasters JJ.En-vironmental science-water research&.technology,2018,4(3):359-368.28张太亮，郭威.页岩气压裂返排液高效破胶剂的研究J.环境工程学报，2 0 15,9（4）：18 6 9-18 7 429韩洪晶.绿色氧化剂高铁酸钾处理压裂返排液及其作用机制D.大庆：东北石油大学，2 0 2 1:8 6-8 7.30王子杰,王郑，许错，等.新型絮凝剂在水处理领域的开发和应用.应用化工，2 0 19，48（3）：6 46-6 5 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